ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰ ỨNG LỰC LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG

Sau thời gian học tập tại trường ĐHGTVT bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường ĐHGTVT nói chung và các thầy cô trong Khoa Công trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TP.Hồ Chí Minh : Tháng 5 – 2008

LỜI NÓI ĐẦU

*

Bước vào thời kỳ đổi mới đất nước ta đang trong quá trình xây dựng cơ sở vật chất

hạ tầng kỹ thuật Giao thông vận tải là một ngành được quan tâm đầu tư nhiều vì đây là huyết mạch của nền kinh tế đất nước , là nền tảng tạo điều kiện cho các ngành khác phát triển Thực tế cho thấy hiện nay lĩnh vực này rất cần những ký sư có trình độ chuyên môn vững chắc để có thể nắm bắt và cập nhật được những công nghệ tiên tiến hiện đại của thế giới để có thể xây dựng nên những công trình cầu mới , hiện đại , có chất lượng

và tính thẩm mỹ cao góp phần vào công cuộc xây dựng đất nước trong thời đại mở cửa

Sau thời gian học tập tại trường ĐHGTVT bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với

sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường ĐHGTVT nói chung và các thầy

cô trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ được nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ sư tương lai

Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìm hiểu kiến thức tại trường , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời gian qua của mỗi sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu – Hầm , đặc biệt là sự giúp đỡ trực tiếp của

thầy : ThS.Ngô Châu Phương

Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng như các kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhứng thiếu sót Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thể hoàn thiện hơn Đồ án cũng như kiến thức chuyên môn của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

TP.Hồ Chí Minh tháng 5 năm 2008

Sinh viên : Đinh Văn Phương

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT

MỤC LỤC

5 Chương I Phương án sơ bộ I :

Cầu liên tục đúc hẫng

9

6 Chương II Phương án sơ bộ II :

Cầu liên tục liên hợp Thép- BTCT

48

7 Chương III Phương án sơ bộ III :

Cầu treo dây văng

16 Chương VII Tính toán thiết kế trụcầu 237

17 Chương VIII Tính toán thiết kế bản mặt cầu 258

TỔNG QUAN

*

I – ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TẠI KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU

I.1 – ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỊA HÌNH – THUỶ VĂN

- Chế độ thuỷ văn ít thay đổi

+) MNCN : 34.00 m

+) MNTT : 33.00 m

+) MNTN : 27.50 m

I.2 – ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỊA CHẤT

- Đã tiến hành khoan tại 4 lỗ khoan ỏ vị trí xây dựng cầu dự kiến và có kết quả sau : +) Lớp 1 : Lớp sét hạt vừa

C KG/cm2

φ (độ)

R' KG/cm2 Lớp 1 Sét hạt vừa 2.0 10 0.7 0.4 1.8 0.16 18 1.2

Lớp 2 Sét chảy dẻo 2.4 10 0.7 0.2 1.7 0.14 22 1.8

Lớp 3 Sét pha cát 8.46 15 0.5 0.2 1.7 0.12 25 2.5

II – CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG

II.1 – QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG

II.1.1 – Quy trình thiết kế

- Quy trình thiết kế đường ôtô :4054-05

- Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN272 – 05 (Bộ GTVT)

II.1.2 – Các nguyên tắc thiết kế

- Công trình được thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi quy mô của tuyến đường

- Đáp ứng được yêu cầu quy hoạch , phân tích tương lai của tuyến đường

- Thời gian thi công ngắn

- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng

- Giá thành xây dựng thấp

II.2 – CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CƠ BẢN

II.2.1 – Quy mô xây dựng

- Cầu được thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ >100 năm

II.2.2 – Tải trọng thiết kế

- Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu : 22TCN 272-05

+) Hoạt tải thiết kế : HL93

- Xe tải thiết kế : P = 325 KN

- Xe 2 trục thiết kế : P = 220 KN

- Tải trọng làn thiết kế : q = 9.3 KN/m +) Tải trọng Người : 3 KN/m2

- Hệ số tải trọng

+) Tĩnh tải giai đoạn 1 : g1 = 1,25

+) Tĩnh tải giai đoạn 2 : g2 = 1,5

+) Hoạt tải : g1 = 1,75

- Hệ số động (hệ số xung kích ) : IM = 1+ 25 / 100 = 1,25

II.2.3 – Khổ cầu thiết kế

- Mặt cắt ngang thiết kế cho 2 làn xe

- Mặt cắt ngang khổ : K = 8,0 m+2x1,5 m

+) Phần xe chạy : Bxe = 2x4,0 m

+) Phần lề bộ hành : Ble = 2x1,5m

+) Phần lan can : 2x0,5 m

II.2.4 – Khổ thông thuyền

- Sông thông thuyền cấp II :

III – CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU VÀ SO SÁNH LỰA CHỌN

III.1 – NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẦU

- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền

- Giảm tối thiểu các trụ giữa sông

- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhưng có ưu tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước

- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công

- Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ

PHẦN I

THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN

CẦU

CHƯƠNG I : PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ I

CẦU DẦM LIÊN TỤC BTCT DƯL THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

Nội dung cơ bản của phương pháp đúc hẫng :

- Khi thi công theo phương pháp đúc hẫng , kết cấu nhịp BTCT được đúc trên đà giáo di động theo từng đốt nối liền nhau đối xứng qua trụ cầu Cốt thép thường của các khối được liên kết với nhau trước khi đúc bê tông để đảm bảo tính liền khối và chịu cắt tốt của kết cầu Sau khi bê tông đốt dầm đủ cường độ cần thiết thì các đốt dầm này được liên kết với các đốt đã đúc trước đó nhờ cốt thép DƯL

- Phần cánh hẫng của kết câu nhịp BTCT đã thi công xong phải đảm bảo đủ khả năng nâng đỡ trọng lượng của các đốt dầm thi công sau đó cùng với trọng lượng giàn giáo ván khuôn đúc dầm và các thiết bị phục vụ thi công

- Để đảm bảo ổn định chống lật trong suốt quá trình thi công đúc hẫng phải đảm bảo tính đối xứng của hai cánh hẫng ( Thi công hẫng từ trụ ra ) hoặc nhờ trọng lượng bản thân của nhịp sát bờ đã đúc trên đà giáo làm đối trọng Đối các sơ

đồ cầu khung , đốt dẩm trên đỉnh trụ được liên kết cứng với thân trụ nhờ các cáp thép DƯL chạy suốt trên chiều cao trụ , Với các sơ đồ cầu dầm đốt này cũng được liên kết cứng tạm thời vào trụ cầu nhờ các gối tạm và các cáp thép hoặc các thanh thép DƯL mà sau khi thi công xong sẽ tháo bỏ

- Ở giai đoạn thi công hẫng , kết cấu nhịp chỉ chịu mô men âm do đó chỉ cần bố trí cốt thép DƯL ở phía trên Sau khi thi công xong 1 cặp đốt dầm đối xứng thì căng kéo cốt thép DƯl từ đầu mút này sang đầu mút kia và bơm vữa bê tông lấp kín khe hở giữa cốt thép và thành ống ngay để bảo vệ cốt thép

- Sau khi đúc xong đốt cuối cùng của các cánh hẫng tiến hành nối ghép chúng thành kết cấu nhịp hoàn chỉnh

Việc đúc hẫng từng đốt trên đà giáo di động giảm được chi phí đà giáo Ván khuôn được dùng lại nhiều lần cùng với 1 thao tác lặp lại sẽ giảm chi phí nhân lực và nâng cao năng suất lao động

Phương pháp đúc hẫng thích hợp với xây dựng các dạng kết cấu nhịp có chiều cao mặt cắt thay đổi , khi đúc các đốt dầm chỉ cần điều chỉnh cao độ đáy ván khuôn cho hợp

lý

Phương pháp thi công đúc hẫng không phụ thuộc vào không gian dưới cầu do đó

có thể thi công trong điều kiện sông sâu , thông thuyền hay xây dựng các cầu vượt trong thành phố , các khu công nghiệp mà không cho phép đình trệ sản xuất hay giao thông dưới công trình

II – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

II.1 – TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

- Quy trình thiết kế : 22TCN272 –05 Bộ Giao thông vân tải

- Tải trọng thiết kế :

+) Hoạt tải HL93 +) Người đi : 3 KN/m2

II.2 – SƠ ĐỒ KẾT CẤU

- Sơ đồ cầu : 4x33 + 75 + 120 + 75 + 3x33

- Chiều dài toàn cầu Lc = 511m , khổ cầu 8+2x1,5 m

II.2.1 – Kết cấu phần trên

- Một liên dầm liên tục ở giữa , 2 bên là các nhịp dầm giản đơn L=33m

- Dầm khung liên tục BTCTDƯL 3 nhịp ( 75 + 120 + 75 ) tiết diện hình hộp , vách nghiêng , chiều cao dầm thay đổi H= 7m trên trụ đến H=3m tại giữa nhịpvà đầu dầm ,

30 cm

+) Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm +) Chiều dày sườn dầm : Tại trụ ts = 80 cm , Tại mặt cắt giữa nhịp ts = 50

3- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 và EC 5-12

4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:

+) fy = 420 (MPa)

+) E = 200000(Mpa)

- Dầm dẫn : bằng bê tông cốt thép DƯL có chiều dài L = 33m , Mặt cắt ngang gồm 5 dầm chủ tiết diện chữ T , chiều cao h = 1,7 m , đặt cách nhau 2,4m

- Trắc dọc cầu theo bán kính R = 3866 m , trong phạm vi 270m , tiếp theo dốc 3%

về phía 2 mố và đường đầu cầu , Độ dốc ngang cầu in = 2%

- Mặt cầu BT Asphan 7cm , dưới là lớp phòng nước 4mm

- Gối cầu , khe co giãn bằng cao su , lan can bằng thép , Thoát nước và chiếu sáng theo quy định hiện hành

- Bản mặt cầu trên nhịp dẫn giản đơn bằng BTCT 11,4 cm , Lớp phủ mặt cầu gồm

3 lớp : Lớp bê tông tạo dốc 4cm , lớp phòng nước 0,4cm , Lớp bê tông asphan 7cm ; độ dốc ngang cầu in = 2%

II.2.2 – Kết cấu phần dưới

a) Cấu tạo trụ cầu :

- Trụ cầu dùng loại trụ thân đặc bằng BTCT đổ bê tông tại chỗ bê tông có

f’c = 40Mpa

- Trụ T1, T2, T3 , T8, T9 : được đặt trên móng cọc đóng : d = 40 cm

- Trụ T4, T7 : được đặt trên móng cọc khoan nhồi : D = 100 cm

- Trụ T5, T6: được đặt trên móng cọc khoan nhồi : D = 150 cm

- Phương án móng : Móng cọc đài thấp

b) Cấu tạo mố cầu

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo có

f’c = 30Mpa

- Mố của kết cấu nhịp dẫn được đặt trên móng cọc đóng d= 40 cm

III – TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP

III.1 – YÊU CẦU TÍNH TOÁN CHO PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

- Trong phương án sơ bộ yêu cầu tính toán KCN trong giai đoạn khai thác

- Tiết diện tại hai mặt cắt

- Chiều dài kết cấu nhịp: đối

với kết cấu nhịp liên tục chiều

dài nhịp biên Lnb= (0,6 ÷ 0,8)

chiều dài nhịp giữa Lng

+) Trong phương án này chọn Lng = 120m

III.2.2 – TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM CHỦ

III.2.2.1 – Phân chia đốt dầm

- Để đơn giản trong quá trình thi công và phù hợp với các trang thiết bị hiện có của đơn

vị thi công ta phân chia các đốt dầm như sau :

+) Đốt trên đỉnh trụ : do = 14m (khi thi công sẽ tiến hành lắp đồng thời 2 xe đúc trên trụ)

+) Đốt hợp long nhịp giữa : dhl = 2m

+) Đốt hợp long nhịp biên : dhl = 2m

+) Chiều dài đoạn đúc trên đà giáo : ddg = 14 m

+) Số đốt ngắn trung gian : n = 4 đốt , chiều dài mỗi đốt : d = 3 m

+) Số đốt trung gian còn lai : n = 10 đốt , chiều dài mỗi đốt d = 4 m

- Sơ đồ phân chia đốt dầm :

500800

III.2.2.2 – Xác định phương trình thay đổi cao độ đáy dầm

- Giả thiết đáy dầm thay đổi theo phương trình parabol bậc 2 theo phương trình :

Y = ax2 + bx +c

- Lấy điểm dưới cùng của đốt hợp long làm gốc toạ độ , trục x , y có chiều như hình vẽ :

- Do đường cong đi qua gốc toạ độ nên c=0 , đồng thời đường cong đi qua 2 điểm

III.2.2.3 – Xác định phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm

- Tính toán tương tự ta có phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm như sau ( Với gốc toạ

độ chọn tại mặt trên của đáy dầm tại vị trí giữa nhịp) :

Y = 0,00108119.x2 – 0,000097307

III.2.2.4 – Xác định cao độ mặt dầm chủ

- Mặt cầu nằm trên đường cong đứng bán kính R = 3866 m

III.2.2.5 – Xác định các kích thước cơ bản và đặc trưng hình học của mặt cắt tiết diện Sau khi khai báo mặt cắt thay đổi trong MiDas xong , ta tính được kích thước của

các mặt cắt như sau :

A(58,5;4,0) Y

B(-58,5;4,0)

½ Mặt cắt dầm chủ

BI1BI1-2

BI3BI3-2

HI2 0.4 0.4182 0.4274 0.436 0.4441 0.4516 0.4608 0.469 HI3 4.7 4.1262 3.8375 3.566 3.3116 3.0744 2.7848 2.5256 HI4 0.6 0.5545 0.5316 0.51 0.4898 0.471 0.448 0.4274 HI5 1.0 0.8725 0.8083 0.748 0.6915 0.6388 0.5744 0.5168 BI1 2.95 2.9739 2.987 3.0 3.013 3.0261 3.0435 3.0609

BI3 2.0 2.0861 2.133 2.18 2.227 2.2739 2.3365 2.3991 BI3-2 1.3 1.4052 1.4626 1.52 1.5774 1.6348 1.7113 1.7878

BO1-2 2.0927 2.1256 2.1585 2.1914 2.2243 2.2572 2.2901 2.323 BO2 0.8242 0.7664 0.7087 0.651 0.5932 0.5355 0.4777 0.42 BO3 2.9002 2.9544 3.0087 3.063 3.1172 3.1715 3.2257 3.28

HI2 0.4763 0.4826 0.4879 0.4923 0.4956 0.4981 0.4995 0.5

HI3 2.2969 2.0988 1.9311 1.7939 1.6872 1.611 1.5652 1.55 HI4 0.4093 0.3936 0.3802 0.3694 0.3609 0.3548 0.3512 0.35 HI5 0.466 0.422 0.3847 0.3542 0.3305 0.3136 0.3034 0.3

hd (cm)

B (m)

Bd (m)

Bs (cm)

F (cm2)

S (cm3)

Yo (cm)

J (cm4)

+) F : Diện tích tính đổi của mặt cắt

+) S : Mômen tĩnh của mặt cắt với đáy dầm

+) Yo : Khoảng cách từ trục trung hoà đến đáy dầm

+) J : Mômen quán tính của mặt cắt dầm với trục trung hoà

+) hd : Chiều cao bầu dầm tính đổi

III.2.3.1 – Tính tĩnh tải giai đoạn I

Tĩnh tải giai đoạn I (DC) Chính là trọng lượng của bản thân kết cấu Khi sử dụng chương trình phân tích kết cấu bằng MiDas ta khai bao ngay được loại tải trọng này

III.2.3.2 – Tính tĩnh tải giai đoạn II

- Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau :

+) Trọng lượng phần chân lan can

+) Trọng lượng cột lan can, tay vịn

+) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu

Tổng : DWIITC = DWmc+ DWclc+ DWlc+tv

a)Tính trọng lượng lớp phủ mặt cầu :

Lớp phủ mặt cầu dày 7,4 cm bao gồm : Lớp bê tông asphan dày 7cm và lớp phòng nước dày 0,4 cm

+) Lớp bê tông Asphalt :

+) Trọng lượng chân lan can :

DWclc = 0,5x0,3x2x24 = 7,2 ( KN/m)

Trọng lượng dải đều của cột lan can Pclc 0 135 KN/m

Trọng lượng dải đều phần tay vịn Ptv 0.7 KN/m

Trọng lượng dải đều lan can và tay vịn Plc+tv 0.835 KN/m

- Tính tĩnh tải giai đoạn II

+) Tính tải giai đoạn II tiêu chuẩn

DWIITC = DWmc+ DWclc+ DWlc+tv = 19,98 + 7,2 + 0 835 = 28,015 (KN/m)

+) Tĩnh tải giai đoạn II tính toán

DWIItt = g DWIITC = 1,5 28,015 = 42,0225 ( KN/m)

III.2.4 – TÍNH NỘI LỰC VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP MẶT CẮT ĐỈNH TRỤ GIAI ĐOẠN THI CÔNG

III.2.4.1 – Tính nội lực (mômen )

- Nội lực mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn thi công do :

+) Trọng lượng bản thân các đốt đúc (DC)

+) Trọng lượng xe đúc : Pxe = 660 KN

+) Tải trọng thi công : qTC = 0,24 (KN/m2) => qtc = 0,24 12 = 2,88 KN/m

+) Trọng lượng bê tong ướt (WC)

+) Co ngót ,từ biến

+) Tải trọng gió

Các giai đoạn thi công bất lợi nhất :

Sơ đồ 1 : Giai đoạn đúc hẫng đối xứng đốt dầm cuối cùng trước khi hợp long

P MP

Hình b

Sơ đồ 3 : Giai đoạn hợp long đốt giữa nhịp

HL

P M

Hình c

- Tính tải trọng bê tông ướt và tải trọng xe đúc :

+) Tải trọng xe đúc :

Giả thiết ta đang thi công đốt K4 ta tính quy đổi tải trọng xe đúc về nút K3 Tải trọng xe đúc ta quy đổi thành Fz và My như hình vẽ sau :

+) Trọng lượng bê tông ướt : Khi ta tiến hành đổ bê tông đốt đúc K4 thì trọng lượng bê tông ướt quy đổi thành lực cắt và mô men tác dụng vào nút K3 như hình vẽ sau :

WC : Trọng lượng bê tông ướt

F1 , F2 : Diện tích của hai mặt của khối đúc

γwc : Trọng lượng riêng của bê tông ướt (γwc = 24,5 KN/m3) Tính quy đổi về nút WC đặt tại trọng tâm của đốt đúc quy đổi về nút thành lực cắt và mô men như hình vẽ trên

Bảng tính trọng lượng bê tông ướt :

Tên đốt

Chiều dài đốt

m

γwc KN/m

WC

KN

MyKN.m

Dùng chương trình phân tích kết cấu MiDas ta có biểu đồ mô men giai đọan hợp long nhịp giữa như sau :

Và tổng giá trị mô men mặt cắt đỉnh trụ trong quá trình thi công là :

MTT = 537479 (KN.m)

III.2.4.2 – Tính và bố trí cốt thép DƯL

a) Xác định vị trí TTH của mặt cắt

- Giả thiết TTH đi qua mép dưới bản cánh khi đó ta có : a = hf

- Lấy tổng mômen với trong tâm cốt thép DƯL ta có :







+

+

=

- Nếu MTTmax < MC => Thì TTH đi qua bản cánh khi đó ta tính toán theo các công thức của mặt cắt chữ nhật

- Nếu MTTmax > MC => Thì TTH đi qua sườn dầm khi đó ta tính toán theo các công thức của mặt cắt chữ T

- Sau khi xác định được vị trí TTH thì ta giải hệ phương trình bậc 2 để tìm được chiều cao vùng chịu nén tương đương a

- Xác định chiều cao vùng chịu nén c theo công thức : c =

1

β a

b) Tính diện tích cốt thép DƯL cần thiết

- Trường hợp TTH đi qua sườn dầm

+) bw : Bề dày bản bụng

+) hf : Chiều dày cánh chịu nén ( Quy đổi về mặt cắt chữ T)

hf = (1.5 + 2.0,6.0,7.0,5)/5 = 1,084 (m)

+) b1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0,764 (theo 5.7.2.2)

+) fpu : Cường độ chịu kéo quy định của thép DƯL, fpu = 1860 MPa

+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa (bó 19 tao)

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DƯL đã bị chảy dẻo

+) a = c.b1: Chiều dày của khối ứng suất tương đương

+) Chiều dầy bản cánh tính đổi :

ps

d

ck-1ff

ps

y S W c W

f c y

s ps

f

f A b

a f b

b h f f

y s ps

f

f A a b f f

- Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết tại mặt cắt đỉnh trụ :

Tổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 537479 KN.m

Chiều cao bố trí cốt thép thường chịu kéo ats 17.50 cm

Khoảng cách đến mép chịu nén ngoài cùng ds 682.50 cm

Tổng diện tích thép thường chịu kéo As 473.334 cm2

Cốt thép thường chịu nén

Chiều cao bố trí cốt thép thườngng chịu nén ats' 54.20 cm

Khoảng cách đến mép chịu nén ngoài cùng Ds' 54.20 cm

Tổng diện tích thép thường chịu nén As' 301.594 cm2

Xác định vị trí trục trung hoà

Tính toán cốt thép DƯL

Ứng suất trung bình trong thép DƯL Fps 181,157 KN/cm2

Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 334.21 cm2

Kết luận : - Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công

+) Số bó thép DƯL bố trí là : n = 28 bó ( 1 bó 19 tao 15,2 mm) +) Diện tích cốt thép bố trí : APS = 28 16,644 = 466,032 (cm2)

III.2.4.3.Tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công

+) Nếu N1 < N2 : thì TTH đi qua sườn => tính toán theo công thức của mặt cắt chữ T

' c

pu ps

d

f kA b β 0,85.f

'.

A A f A c

+

− +

)2'.(

'

)2.(

.2

a-dfA

- Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt

Mr = φ Mn (5.7.3.2.1-1) Trong đó :

+) hf : Chiều dày cánh chịu nén

+) b1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.764 (theo 5.7.2.2) +) fpu : Cường độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa

+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo

+) a = c β 1: Chiều dày của khối ứng suất tương đương

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định

(5.7.3.1.1-1)

(5.7.3.1.1-2)

+) Hàm lượng thép DƯL và thép thường phải được giới hạn sao cho :

42,0

- Bảng tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn sử dụng:

Lực kéo trong thép DƯL và thép thường N2 103297 KN

Chiều cao khối ứng suất tương đương a 50.9328 cm

ps

d

ck-1ff

=> Vậy việc bố trí cốt thép DƯL đảm bảo khả năng chịu lực cho mặt cắt

III.2.5 – TÍNH NỘI LỰC VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP MẶT CẮT ĐỈNH TRỤ TRONG GIAI ĐOẠN SỬ DỤNG

III.2.5.1 – Tính toán nội lực (mômen )

- Tĩnh tải giai đoạn I :DC

- Tĩnh tải giai đoạn II tính : DW Hoạt tải bao gồm :

- Tải trọng xe thiết kế : HL93

- Tải trọng người bộ hành : 3KN/m2

- Dùng chương trình phân tích kết cấu , Sau khi tổ hợp tải trọng ( có nhân hê số tải trọng )

ta có mô men lớn nhất tại mặt cắt đỉnh trụ :

THI : 1,75 ( Xe 3 trục + người) + 1,25.DC + 1,5.DW

-> Mmax = 698739 (KN.m) THI : 1,75 ( Xe 2 trục + người) + 1,25.DC + 1,5.DW

-> Mmax = 698739 (KN.m) Vậy giá trị mo men tính toán lớn nhất tại mặt cắt đỉnh trụ :

MTT= 698739 (KN.m)

III.2.5.2 – Tính và bố trí cốt thép DƯL

Công thức xác định diện tích cốt thép DƯL :

- Trường hợp TTH đi qua sườn dầm

- Trường hợp TTH đi cánh dầm

- Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết tại mặt cắt đỉnh trụ :

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 698739 KN.m

Xác định vị trí trục trung hoà

ps

y S W c W

f c y

s ps

f

f A b

a f b

b h f f

y s ps

f

f A a b f f

Mô men quán trính bản cánh Mc 1001850 KN.m

Tính toán cốt thép DƯL

+) Nếu N1 < N2 : thì TTH đi qua sườn => tính toán theo công thức của mặt cắt chữ T

- Ta có : N1 = 0,764 0,85 0,4 500.1,084 + 301,549 4,2 = 147424 (KN)

N2 = 565,896 17,6194+ 473,334 4,2 = 13292,3 (T) = 119587 (KN)

Ta thấy : N1 > N2 => TTH đi qua bản cánh

+) hf : Chiều dày cánh chịu nén

+) b1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.764 (theo 5.7.2.2)

+) fpu : Cường độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa

+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo

+) a = c β 1: Chiều dày của khối ứng suất tương đương

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định

(5.7.3.1.1-1)

(5.7.3.1.1-2)

+) Hàm lượng thép DƯL và thép thường phải được giới hạn sao cho :

42,0

- Bảng tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn sử dụng:

' c

pu ps

d

fkA.b.β0,85.f

'

A.AfAc

+

−+

= S f y S f y

)2'.(

'

)2.(

.2

a-dfA

ps

d

ck-1ff

Lực kéo trong thép DƯL và thép thường N2 119587 KN

Chiều cao khối ứng suất tương đương a 60.5622 cm

=> Vậy việc bố trí cốt thép DƯL đảm bảo khả năng chịu lực cho mặt cắt

III.2.6 – TÍNH NỘI LỰC VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP MẶT CẮT GIỮA NHỊP TRONG GIAI ĐOẠN SỬ DỤNG

III.2.6.1 – Tính toán nội lực (mômen )

a) Vẽ ĐAH mômen mặt cắt giữa nhịp

- Sử dụng chương trình phân tích kết cấu MiDas vẽ ĐAH mômen tại mặt cắt đỉnh trụ như sau :

b) Tính giá trị mômen do tĩnh tải và hoạt tải:

Tĩnh tải bao gồm :

- Tĩnh tải giai đoạn I :DC

- Tĩnh tải giai đoạn II tính : DW Hoạt tải bao gồm :

- Tải trọng xe thiết kế : HL93

- Tải trọng người bộ hành : 3KN/m2

- Dùng chương trình phân tích kết cấu , Sau khi tổ hợp tải trọng ( có nhân hê số tải trọng )

ta có mô men lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp :

THI : 1,75 ( Xe 3 trục + người) + 1,25.DC + 1,5.DW

-> Mmax = 217135 (KN.m) THI : 1,75 ( Xe 2 trục + người) + 1,25.DC + 1,5.DW

-> Mmax = 217135 (KN.m) Vậy giá trị mo men tính toán lớn nhất tại mặt cắt đỉnh trụ :

MTT= 217135 (KN.m)

III.2.6.2 – Tính và bố trí cốt thép DƯL

a- Xác định vị trí TTH của mặt cắt

- Giả thiết TTH đi qua mép dưới bản cánh khi đó ta có : a = hf

- Lấy tổng mômen với trong tâm cốt thép DƯL ta có :

- Nếu MTTmax < MC => Thì TTH đi qua bản cánh khi đó ta tính toán theo các công thức của mc chữ nhật

- Nếu MTTmax > MC => Thì TTH đi qua sườn dầm khi đó ta tính toán theo các công thức của mc chữ T

- Sau khi xác định được vị trí TTH thì ta giải hệ phương trình bậc 2 để tìm được chiều cao vùng chịu nén tương đương a

- Xác định chiều cao vùng chịu nén c theo công thức :

c = 1

β a

b- Ttính diện tích cốt thép DƯL cần thiết

- Trường hợp TTH đi qua sườn dầm

- Trường hợp TTH đi cánh dầm

- Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết tại mặt cắt giữa nhịp

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 217135 KN.m

Tổng diện tích thép thường chịu kéo As 266.408 cm2

f c y

s ps

f

f A b a f b

b h f f

y s ps

f

f A a b f f

A

A '. 0,85. . . . .

'

1 −+

KC đến mép chịu nén ngoài cùng ds' 17.50 cm

Tổng diện tích thép thường chịu nén As' 473.334 cm2

Xác định vị trí trục trung hoà

Tính toán cốt thép DƯL

ứng suất trung bình trong thép DƯL fps 18.2069 T/cm2

Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 338.946 cm2

+) Nếu N1 < N2 : thì TTH đi qua sườn => tính toán theo công thức của mặt cắt chữ T

- Bảng tính duyệt mặt cắt giữa nhịp giai đoạn sử dụng :

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Lực kéo trong thép DƯL và thép thường N2 82237.7 KN

Chiều cao khối ứng suất tương đương a 18.4949 cm

' c

pu ps

d

fkA.b.β0,85.f

'

A.AfAc

+

−+

= S f y S f y

)2'.(

'

)2.(

.2

a-dfA

IV – TÍNH TOÁN TRỤ CẦU

IV.1.2 - Tính áp lực nước đẩy nổi ứng với mực nước thấp nhất

-Theo như bố trí cấu tạo thì bệ của cả 2 tháp đều đặt dưới mặt đất do đó áp lực nước đẩy nổi tác dụng lên phần bệ tháp ngập trong nước :

Pdn = 0( KN)

IV.1.3 - Tính phản lực của kết cấu nhịp , trụ , bệ trụ và hoạt tải truyền lên đáy bệ

- Để tính được phản lực của kết cấu nhịp lên móng trụ tháp thì trong phương án sơ bộ ta tính gần đúng như sau : bằng phản lực của dầm liên tục (tĩnh tải + hoạt tải )

- Dùng chương trình MiDAs ta vẽ được ĐAH phản lực gối của dầm liên tục ta có :

3000 3000

3000

4500x3=13500 500

*) Dùng chương trình MiDas sau khi tổ hợp tải trọng ta có tổng phản lực truyền xuống đáy bệ :

P = PTinh + PHoat = 92893,76 (KN)

IV.2 – TÍNH DUYỆT MẶT CẮT CHÂN TRỤ

- Trong phương án sơ bộ ta chỉ tiến hành kiểm toán mặt cắt chân tháp theo điều kiện chịu nén đúng tâm

76,

76,

- Móng bệ tháp được thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm

1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

Cường độ chịu nén của bê tông fc' 30000 KN/m2

Cường độ chịu kéo của thép fy 240000 KN/m2

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 39270,6 KN

)

.85,0

coc f A f A

2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc móng mố

N

g T/m3

C KG/cm2

φ (độ)

R' KG/cm2 Lớp 1 Sét hạt vừa 2.0 10 0.7 0.4 1.8 0.16 18 1.2

- Theo Reese và Wright (1977 ) ta có : qP = 0,064 N (Mpa), qS = α.Su

Giá trị Su còn được tính theo công thức : Su = s.tgφ + C

- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền :

+) Sức kháng tại thân cọc :

Loại đất

Dm

Li m

As m

Su(KN/m2) a

qs(KN/m2)

Qs

Sét chảy dẻo 1.5 1.4 6.56 10 62.48 0.55 34.364 226.596 0.65 Sét pha cát 1.5 8.46 39.85 15 130.40 0.55 71.72 2857.79 0.65 Cát hạt vừa 1.5 8.5 40.04 25 200.24 0.5 100.12 4008.304 0.45 Cát pha sỏi sạn 1.5 16.64 78.37 35 269.48 0.5 134.74 10560.17 0.45

Sức kháng mũi cọc Qm 1780.38

-> Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền :

Qr = 8560.668 +1780.38 = 10341.048(KN) Vậy : Sức chịu tải tính toán của cọc :

Qcoc = Min(Qr ; Qvl ) = 10341.048 (KN)

3 Tính toán số cọc trong móng

048.10341

93363

3,1

coc

Q

P β

8000

V – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỐ CẦU

V.1 – KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ MỐ

V.1.1 – Cấu tạo mố M 1

V.1.2 – Các kích thước cơ bản của mố

- Kích thước theo phương dọc cầu :

hiệu

Giá trị

Đơn

vị

4 Khoảng cách từ tường thân tới mép ngoài bệ a4 0.6 m

7 Khoảng cách từ tường đầu đến mép ngoài bệ a7 1.2 m

10 Khoảng cách từ tim gối đến mép ngoài tường thân a10 0.7 m

11 Kích thước đá kê gối theo phương dọc cầu a11 1 m

+Hy +Mx

15 Kích thước tường cánh (phương đứng) b3 3.514 m

16 Kích thước tường cánh (phương đứng) b4 1.5 m

17 Chiều cao mố từ đáy bệ đến đỉnh tường đầu b5 7.664 m

20 Tổng chiều cao tường thân và tường đàu b8 5.914 m

22 Chiều cao từ đỉnh mấu đỡ bản quá độ tới đỉnh gờ

- Kích thước theo phương ngang cầu :

STT Tên kích thước Ký hiệu Giá trị Đơn vị tính

V.2 – KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU DẪN

V.2.1 – Cấu tạo mặt cắt ngang KCN cầu dẫn

1

2 MÆt c¾t gèi 1

2 m Æt c¾t gi÷a nhÞp

V.2.2 – Các kích thước cơ bản của KCN cầu dẫn

- Kết cấu nhịp cầu dẫn được sử dụng kết cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với các kích thước thiết kế cơ bản như sau :

- Bảng các kích thước thiết kế KCN cầu dẫn :

- Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm :

7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ

2 - Các mặt cắt cần kiểm toán với mố

- Mặt cắt B-B : mặt cắt chân tường thân

1 – Xác định tải trọng do trọng lương bản thân của mố :

5 Tường cánh(Phần đuôi) Vtcd=(2b4+b3).a5.c1 11.4 280.40

6 Tường cánh(phần thân) Vtct=2.(b2+ b3 + b4).a2.c1 7.1 173.87

7 Đá kê gối Vđkg=ng (a11.b9.c4) 0.8 19.60

+) P: Các lực gây ra mô men tại tiết diện tính toán

+) e : Độ lếch tâm của điểm đặt lực so với trục trung hòa của mặt cắt cần kiểm toán ( Mô men mang dấu dương khi hướng về nền đường , mang dấu âm khi hướng ra phía sông )

1.1 Bảng tín nội lực cho tiết diện A-A do trọng lượng bản thân :

1.2 Bảng tín nội lực cho tiết diện B-B do trọng lượng bản thân :

1.3 Bảng tín nội lực cho tiết diện C-C do trọng lượng bản thân :

2 – Xác định tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải trên kết cấu nhịp

2.1 Tính tĩnh tải phần cầu dẫn :

a) Tính tĩnh tải giai đoạn I :

Tĩnh tải giai đoạn I bao gồm :

+) Trọng lượng bản thân của dầm chủ : DCdc

+) Trọng lượng của dầm ngang : DCdn

+) Trọng lượng của phần mối nối : DCmn

122,283

= 8,738( KN/m)

- Tính trọng lượng phần mối nối :

Diện tích mặt cắt ngang mối nối : Amn = 5x0,5x0,15 = 0,375 ( m2)

-> Trọng lượng của phần mối nối :

DCmn = 0,375x24,5 = 9( KN/m)

- Khi đó ta có :

+) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn I :

DCTC= 79,896+8,738+ 9 = 97,634 ( KN/m)

+) Tĩnh tải tính toán giai đoạn I :

DCTT = 1,25 x 97,634 = 122,0425 ( KN/m)

b) Tính tĩnh tải giai đoạn II :

Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm :

+) Trọng lượng phần chân lan can

+) Trọng lượng cột lan can , tay vịn

+) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu

- Tính trọng lượng phần chân lan can :

+) Chiều rộng chân lan can : 0,5 m

+) Chiều cao chân lan can : 0,3 m

-> Trọng lượng phần chân lan can :

DWclc = 0,5x0,3x2x24,5 = 7,2 (KN/m)

- TRọng lượng cột lan can , tay vịn :

+) Trọng lượng của 1 cột lan can : 0,27 (KN)

+) Khoảng cách bố trí cột lan can : 2m

-> TRọng lượng rải đều của cột lan can : 0,135 ( KN/m)

-> Trọng lượng rải đều phần tay vịn : 0,7 (KN)

Khi đó : Trọng lượng phần cột lan can + tay vịn :

DWlc+tv = 0,135 +0,7 = 0,835 ( KN/m)

- Trọng lượng của lớp phủ mặt cầu :

Lớp phủ mặt cầu phần nhịp dẫn dày 11,4 cm Trong đó : Lớp bê tong Asphalt dày 7cm , lớp phòng nước 0,4 cm , lớp bê tong tạo dốc 4cm

+) Lớp bê tong asphalt :